유기태양전지 수명을 최대 10년까지 연장, 상용화 앞당겨

- 수명손실 기전 규명으로 유기 디스플레이, LED 등의 수명문제 해결 기대 -

 

 

        

 

 용해도 기반 추출법으로 분류된 각 영역대의 물질의 색깔(a)과 형광(b) 및 고분자 유기 태양전지의 단위모듈 사진(c)

 

(a) 유기태양전지에 사용되는 광활성 물질을 용해도 기반 추출법을 통해 왼쪽부터 길이가 가장 짧은 저분자 영역(맨 왼쪽)과 길이가 중간 정도의 저분자 영역(가운데), 저분자 영역들을 제거한 고품질의 고분자 영역(오른쪽)으로 나눌 수 있다. (b) 분류된 광활성 물질들은 서로 다른 형광을 나타낸다. (c) 고품질 고분자를 사용한 단위모듈 유기태양전지 모습

 

 

 

□ 국내 연구진이 차세대 대체 에너지로 주목받는 유기태양전지*의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술을 개발했다. 유기태양전지 상용화의 걸림돌이었던 짧은 수명 문제를 해결할 뿐만 아니라, 디스플레이나 발광다이오드(LED) 등 다양한 유기 전자소자의 수명 문제를 해결하는 데 기여할 것으로 기대된다.

  * 유기 태양전지 : 고분자 같은 유기물을 광활성층의 주원료로 사용하는 플라스틱 태양전지

 

  o 광주과학기술원 신소재공학부 이광희 교수(교신저자)가 주도하고 차세대에너지연구소 공재민 박사(제1저자)가 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 선도연구센터지원사업, 광주과학기술원 차세대 태양전지 기술개발사업 등의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 온라인판 12월 8일자에 게재되었다. 

  (논문명: Polymer solar cells with significantly reduced burn-in loss)

 

 

 

              

 

 

□ 유기태양전지는 용액공정을 통해 저렴하게 대면적으로 인쇄제작이 가능하기 때문에 고분자의 유연성을 이용한 차세대 플렉서블 전자소자(flexible electronics)의 에너지원으로 주목받고 있다. 

 

  o 하지만 유기 태양전지는 상용화가 불가능할 정도로 사용수명이 매우 짧은데, 이는 고분자 같은 유기물 자체의 불안정성에 기인한 것으로 간주되어 왔다.

 

□ 연구팀은 유기태양전지 수명 손실의 핵심원인으로 지목되는 번-인* 현상이 고분자 유기물질 자체의 불안정성 보다는 고분자 광활성 물질** 내부에 존재하는 저분자들에 의해 발생됨을 밝혀냈다.

 

  o 밝혀낸 원인을 바탕으로 용해도 기반 추출법***을 통해 광활성 물질 내부에 있는 여러 종류의 분자 가운데서, 불순물로 작용하는 저분자들만 선택적으로 제거하여 소자 효율은 40% 이상 향상되고 소자수명은 최대 10년까지 예상되는 유기태양전지를 구현해냈다. 

  * 번-인(Burn-in) : 고분자 유기태양전지의 초기 작동 시 발생하는 급격한 효율감소 현상 

  ** 광활성 물질 : 태양전지에서 전기를 발생시키는 물질. 특히 고분자 광활성 물질은 여러 색상으로 개발할 수 있어 실내·외 장식용으로도 쓰일 수 있다. 조도가 낮은 실내에서 기존 무기 태양전지보다 더 높은 효율을 낼 수 있다.

  *** 용해도기반 추출법 : 분자들의 길이에 따라 용해도가 달라지는 특성을 이용해 저분자 영역대들을 분류·추출하는 방식

 

□ 이광희 교수는 “이번 연구는 유기태양전지 상용화의 가장 큰 걸림돌인 짧은 수명문제를 근본적으로 해결하였을 뿐만 아니라, 현재 유기 디스플레이, 유기 LED 등에서 문제가 되고 있는 번-인 문제 및 다양한 유기 전자소자의 수명 문제를 해결할 수 있는 중요한 단서를 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다.     <끝>

 

 

 

미래창조과학부/지스트 홍보기금팀